Gemotiveerd door de noodzaak om dure zeldzame-aardmagneten te elimineren in direct aangedreven windturbines op utiliteitsschaal, ontwikkelden de onderzoekers van Sandia National Laboratories een fundamenteel nieuw type roterend elektrisch contact. Sandia is nu klaar om samen te werken met de sector voor hernieuwbare energie om de volgende generatie direct aangedreven windturbines te ontwikkelen.

Sandia's Twistact-technologie biedt een nieuwe benadering voor het overbrengen van elektrische stroom tussen een stationair en roterend frame, of tussen twee roterende assemblages met verschillende snelheden of draairichtingen, ideaal voor toepassing in windturbines.

"Twistact is ontstaan ​​door onszelf een aantal zeer uitdagende vragen te stellen", zegt Jeff Koplow, onderzoekswetenschapper en ingenieur bij Sandia. "We wisten dat het baanbrekend zou kunnen zijn als we een manier zouden vinden om de beperkte levensduur van conventionele roterende elektrische contacten te omzeilen."

"Ik begon te denken dat misschien nog niet aan elke denkbare roterende elektrische contactarchitectuur is gedacht", zei Koplow. "We hebben veel tijd besteed aan het overwegen of er een andere plausibele manier was."

De resulterende innovatie, Twistact, gebruikt een apparaat met puur rollend contact om elektrische stroom over een pad met ultralage weerstand te verzenden. De technologie blijkt gunstig bij het verlagen van de kosten, het verbeteren van de duurzaamheid en het verminderen van onderhoud.

De afhankelijkheid van zeldzame aardmetalen elimineren

De meeste van de huidige windturbines op utiliteitsschaal zijn afhankelijk van zeldzame aardmagneten, zei Koplow. Deze materialen hebben hoge initiële kosten en zijn kwetsbaar voor onzekerheden in de toeleveringsketen.

In 2011 was er bijvoorbeeld een crisis in de toeleveringsketen van zeldzame-aardematerialen die ervoor zorgde dat de prijs van neodymium en dysprosium, de twee zeldzame-aarde-elementen die veel voor dergelijke magneten worden gebruikt, omhoogschoot. Dit had het potentieel om de groei van de windindustrie te blokkeren. Het Sandia-team begon destijds met het ontwikkelen van Twistact als een haag om de groeiende windindustrie te beschermen tegen toekomstige verstoringen.

"Als je er rekening mee houdt dat zeldzame aardmetalen altijd schaars zijn geweest, dat hun winning berucht is vanwege de nadelige gevolgen voor het milieu, en dat concurrerende toepassingen zoals elektrische voertuigen ook vraag naar zeldzame aardmetalen stellen, is de waarde voorstel van Twistact wordt duidelijk," zei Koplow.

Geen onderhouds- of vervangingskosten

Bovendien pakt Sandia's Twistact-technologie twee fysieke degradatieprocessen aan die veel voorkomen bij onderhoudsarme borstel- of sleepringassemblages:glijdend contact en elektrische vonkontlading. Deze beperkende factoren verminderen de prestaties van traditionele roterende elektrische contacten en leiden tot een korte levensduur en hoge onderhouds- of vervangingskosten.

Aan de andere kant is door laboratoriumtests bewezen dat Twistact in staat is om gedurende de volledige 30-jarige diensttijd van een multimegawatt-turbine zonder onderhoud of vervanging te werken.

Andere mogelijke toepassingen voor de technologie zijn onder meer synchrone motoren en generatoren, geëlektrificeerde spoorwegen en radartorens. Twistact kan ook worden gebruikt bij het vervangen van borstel- of sleepringen in bestaande toepassingen. + Verder verkennen

Nieuwe bevindingen over het voorkomen van zeldzame aardmetalen buiten Grännaa